Многоканальный автономный прибор для каротажа скважин в процессе бурения

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (6I) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 22.12.75 (21) 2301325/18-25 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет—

Государственный квинтет

СССР оо делам нзобретеннй и открытнй

Опубликовано 05.05.79. Бюллетень № 17

Дата опубликования описания 15.05.79

И. К. Саркисов, Е. Г. Абаринов и В. И. Миракян (72) Автор изобретения

Всесоюзный научно-исследовательский институт геофизических методов разведки (71) Заявитель (54) МНОГОКАНАЛЬНЫЙ АВТОНОМНЫЙ ПРИБОР

ДЛЯ КАРОТАЖА СКВАЖИН В ПРОЦЕССЕ БУРЕНИЯ

Изобретение относится к промысловой геофизике и, в частности, касается устройств для каротажа скважин в процессе бурения.

Эффективность каротажа скважин в процессе бурения определяется возможностью исследования пластов до или в процессе формирования зоны проникновения, проведения исследований в осложненных и наклонно-направленных скважинах, сокращения времени проводки скважинге за счет сокращения времени на геофизические исследования.

В настоящее время создаются два типа устройств для каротажа в процессе бурения: с передачей информации на поверхность и записью результатов измерений в скважинном приборе (автономные приборы). В связи с тем что ни один из известных каналов связи забоя скважины с поверхностью не обеспечивает требуемой для каротажа в процессе бурения дальности телепередачи, пропускной способности и экономической целесообразности, прежде всего совершенствуется аппаратура каротажа в процессе бурения с автономными приборами.

; Наибольшую эффективность каротажа в процессе бурения должны обеспечить много2 канальные автономные приборы, рассчитанные на измерение и регистрацию не менее

6 — 8 параметров (нескольких параметров кажушегося- сойротивления различными по длине зондами, естественного потенциала, кривизны и др).

Известны многоканальные автономные приборы (1), (2), состояшие из многоэлектродного зонда, измерительной и регистрирующей аппаратуры, генератора и источника питания. Однако эти приборы рассчитаны на непрерывную работу и последовательную запись параметров, что приводит к непроизводительному расходу электроэнергии источника питания;"в качестве которого обычно используются гальванические элементы, и сокращению полезного количества регистрируемой информации.

Кроме того, при непрерывной регистрации дискретных значений параметров усложняется обработка и перезапись зарегистрированных диаграмм для получения диаг-раммы параметров в функции глубины сква20 жины.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является автономный прибор типа АПК-1 (3).

661482

Автономный прибор состоит из трубызонда с четырьмя электродами, образующими два зонда, измерительных каналов, релейной схеМы; генератора, соединенного через шуйт с токовыми электродами зонда, блока формирования компенсирующего и опорного напряжений, многодорожечного регистратора с записывающим блоком и приводным

" "" -двигателем, источййка питания и схемы управления, содержащей реле времени, ключ в цепи пйтания аппаратуры и датчик включения с одним перекидным контактом.

АПК-1 рассчитан на посЛедовательную регистрацию дискретных значений двух па " -раметров, причем в период между измерениями аппаратура прибора отключается от источника питания. Последнее обеспечивает 15 рациональный расход электроэнергии и в некоторой степени более длительную работу прибора. В АПК-1 применена механическая запись информации на стандартных перфо- лентах. В некоторых АПК-1 механическая запись заменена магнитной и при этом начало и конец дискретных значений парамет ров записываются одиночными импульсами, подаваемыми на магнитную головку. В АПК1 разделение циклов записи и регистрация реперных меток (включение или отключение 25 буровых насосов) отмечаются метками на соответствующих дорожках. Включение и отключение аппаратуры прибора производится при включении и отключении буровых насосов, т. е. при прокачке промывочной жидкости через трубы аппаратура прибора под30 ключается к источнику питания, а при прекращении прокачки — отключается.

Можно отметить несколько недостатков

АП К-1.

1. ЕслИ -идет измерение параметра и в это время прекращаются буровые работы, то датчик включения отключает аппарату-- ру от йстбчника питания и измерение данно го дискретного значения, не будучи заверШенным, прекращается. Следовательно, зарегистрированное дискретное значение параметра будет меньше действительного.

2. АПК-1 обеспечивает измерение параметров" только при простачке промывочной жидкости, т. е. только при бурении, и, следовательно, такой параметр как кривизна, измерение которой необходимо проводить в отсутствие вибраций, не может быть качественно зарегистрирован при бурении скважины.

Кроме того, АПК-1 информация регистрируется только последовательно во времени и; следовательно, увеличение числа каналов приводит к сокращению продолжительности измерения и регистрации во время бурения из-за ограниченной длины носителя записи на кассете регистратора......

Целью изобретения является" расширение комплекса измерений и повышение точности измерения и регистрации всех параметров.

Цель достигается тем, что в выходной цепи генератора последовательно с первым шунтом подключен второй шунт и к нему подключены цели питания датчиков. В схему управления введены блок формирования импульса конца стирания и блок формирования импульса конца каждого цикла измерения, двухвходовой блок управления, второй ключ, двоичный счетчик и электронное реле с ключом, который соединен параллельно нормально открытои части перекидного контакта датчика включения.

В магнитном регистраторе применена маг.нитиая лента с заранее записанными на каждой дорожке непрерывными импульсами или гармоническими сигналами, а в цель питания приводного двигателя введен блок задержки.

Блоки формирования импульсов конца стирания и конца каждого цикла измерения по входу соединены с блоком формирования компенсирующего и опорного напряжений и по выходу соответственно с вторыми входами релейной схемы и вторым входом двухвходового блока управления. Двухвходовой блок управления по первому входу соединен с реле времени и по выходу — с цепями управления второго ключа, ключа в цепи питания одной группы измерительных каналов и остальной аппаратуры и входом двоичного счетчика. Выход двоичного счетчика соединен с электронным реле, а цепь питания его соединена с цепью питания другой группы измерительных каналов и выходом второго ключа. Вход второго ключа соединен с неподвижным контактом нормально закрытой части перекидного контакта датчика включения, На чертеже изображена принципиальная схема прибора.

4р Прибор состоит из многоэлектродного зонда 1, содержащего токовые А и В и измерительные M(Ni —.М,N, электроды, датчиков

2 с цепями питания 3 и выходами нескольких измерительных каналов (измерения проводятся компенсационным методом), каждый из которых содержит выходной трансформатор 4-1 — 4n, усилитель 5-1 — 5п, триггер Шмитта 6-1 — 6п, схему совпадения 7-1—

7п, релейную схему 8-1 — 8п с ключом 9-1—

9п (показан один ключ 9-1); генератора 10, соединенного через шунты 11-1 и 11-2 с токовыми электродами А и В; блока 12 формирования компенсирующего и опорного напряжений, содержащего трансформатор 13, схему 14 формирования опорного напряжения, выход которой соединен со схемами сов55 падения.7-1 — 7п, делителя 15 и потенциометра 16 с движком 17 и клеммами 18 и 19; многодорожечного магнитного регистратора

20, содержащего многоканальную стираю661482 щую головку 21, каждый канал которой соединен через ключи 9-1 — 9п с цепями питания, приводной двигатель 22, магнитную ленту 23, на каждой дорожке которой записан непрерывный импульсный или гармонический сигнал, ведомый барабан 24, приемную

25 и подающую 26 кассеты; источника питания 27; схемы управления, содержащей реле времени 28, выход которого соединен с первым входом двухвходового блока управления 29, ключ 30, включенный между цепями питания одной группы измерительных каналов и остальной аппаратуры и источником питания 27 через перекидной контакт дат; чика включения, имеющего один подвижный

31 и два неподвижных контакта 32 и 33.

В схему управления входят также блок 34 формирования импульса конца стирания, соединенный по входу с клеммой 19 и по выходу через провод 35 со вторым входом релейных схем 8-1 — 8п, блок 36 формирования импульса конца цикла измерения, соединенный по входу с клеммой 18 и по выходу проводом 37 со вторым входом.двухвходового блока управления 29, второй ключ 38, включенный между неподвижным контактом 32 и цепью питания другой группы измерительных каналов (на чертеже ключ 38 подключен к цепи питания второго канала), двоичный счетчик 39, соединенный по выходу с электронным реле 40, ключ 41 которого соединен параллельно контактам 31 и 33, и по входу с цепями управления ключей 30 и 38 и выходом двухвходового блока управления и, наконец, блок задержки 42, включенный между цепью питания аппаратуры и двигателем

22.

Рассмотрим принцип действия автономного прибора. После подготовки прибора к работе, т. е. после монтажа в трубе-зонде герметичного кожуха с измерительной anпаратурой, прибор устанавливают между турбобуром и колонной труб и спускают на забой скважины. При подготовке прибора в аппаратурный отсек устанавливают источник питания (например, ртутные элементы

РЦ), а в магнитный регистратор заправляют магнитную ленту, на каждой дорожке которой предварительно наземным регистратором записана непрерывная последовательность импульсов или гармонического сигнала с плотностью 40 имп/мм.

После спуска бурильного инструмента с прибором на забой скважины начинают прокачку промывочной жидкости и бурение скважины. До прокачки жидкости через трубы аппаратура прибора отключена от источника питания — контакты 31 и 33 образуют нормально-открытую пару и ключ 41 не шунти- рует их, так как электронное реле 40 обесточено. Через контакт 32 питание не может быть подано, так как ключ 38 еще не вклю= чен. При прокачке промывочной жидкости датчик включения (повторного типа) перекидывает контакт 31 с контакта 32 на ко такт 33 и при этом аппаратура, кроме второ

ro измерительного канала, подключается и источнику питания. Питание одновременно подается на всю аппаратуру, кроме двига5 теля 22. Питание на двигатель 22 будет подано через некоторое время, определяемое установкой блока задержки 42. Это необходимо для того, чтобы измерение и регистрация не начались до завершения переходных процессов в схеме.

После завершения переходных процес1 сов и подачи на двигатель напряжения начинается измерение и регистрация параметров.

Переменный ток от генератора 10 через шунты 11-1 и 11-2 подается на токовые электроды А и В зонда. С измерительных электродов М N< — М„й„снимаются разности потенциалов, зависящие от тока питания, удельного сопротивления окружающих пород и коэффициентов зондов.

Так как все измерительные каналы одинаковы, то рассмотрим процесс измерения в канале ABM(.NI. Снятая с М; N, разность потенциалов через трансформатор 4-1 подается на усилитель 5-1, причем на вход усилителя 5-1 в противофазе с измеряемым напряжением подается напряжение с блока

12 формирования компенсирующего и опорного напряжений. Компенсирующее напряжение снимается со средней точки делителя

15 и движка 17 потенциометра 16, Пока движок 17 находится на клемме 18, на усилитель подается измеряемое напряжение и последовательно и в фазе с ним напряжение с верхнего сопротивления делителя 15. Это необходимо для того, чтобы при нулевом из35 мер яемом напряженииком пенс ация не про изошла сразу же при установке движка 17 на клемме 18. После усиления суммарное напряжение подается на триггер 6-1, сформированные триггером импульсы, по длительности равные полуволне переменного на4р пряжения, подаются на схему совпадения

7-1. На эту схему подаются также импульсы, сформированные схемой 14 из опорного напряжения, пропорционального и синФазного компенсирующему. Предположим, что двигатель 22, вращая приемную кассету 25, на4 чал протягивать ленту 23, которая через ведомый барабан 24 начинает поворачивать движок потенциометра. В момент, когда компенсирующее напряжение сравняется с измеряемым, схема совпадения 7-1 выдает импульс на релейную схему 8-1, которая включает ключ 9-1.

Следовательно, выходным сигналом измерительного канала является импульс со схемы совпадения 7-1, поступающий на релейную схему 8-1.

Теперь рассмотрим процесс регистрации;- ---Положим, что движок 17 находился между клеммами 19 и 18 (движок вращается по

661482

45

55 часовой стрелке). В этом положении (начало цикла) релейная схема 8-1 удерживает ключ 9-1 во включенном положении и на первый канал головки 21 подано стирающее напряжение (стирающим напряжением является питающее, т. е. при подаче этого напряжения на головку последняя намагничивает носитель записи до насыщения и при воспроизведении с этого участка ленты нельзя будет считать ранее записанный сигнал) .

После включения двигателя 22 через блок задержки 42, лента 23 через барабан 24 начинает поворачивать движок 17, при этом начинает стираться ранее записанный сигнал на всех дорожках. Когда движок 17 коснется клеммы 18, на блок 34 формирования импульса конца стирания будет подано полное напряжение, действующее между клеммами 18 и 19. В момент прикосновения движка 17 к клемме 18 блок 34 сформирует короткий импульс, который через провод

35 будет подан на второй вход релейной схемы 8-1, и эта схема разомкнет ключ 9-1.

Релейная схема 8-1 при подключении к питающему напряжению включает ключ 9-1, при подаче импульса на второй вход размыкает ключ и при подаче импуса на первый вход включает ключ.

Таким образом, когда движок 17 касается клеммы 18, первый канал стирающей головки отключается от цепей питания и при дальнейшем повороте движка до момента компенсации стирания не происходит. В момент компенсации импульс со схемы совпадения 7-1 подается на первый вход релейной схемы 8-1, последняя включает ключ 9-1 и на первый канал стирающей головки будет подано напряжение, в результате чего от момента компенсации начнется стирание ранее записанного сигнала. Процесс стирания будет происходить до момента подачи импульса на второй вход релейной схемы

8-1, т. е. до нового момента подхода движка 17 к клемме 18.

Рассмотрим дальнейшие процессы первого цикла измерения и регистрации..От момента компенсации движок 17 поворачивается в направлении к клемме 19; при этом на входе блока 36 формирования импульса конца цикла наблюдается монотонный рост напряжения. В момент схода движка 17 с клеммы 19 резко падает напряжение на входе блока 36 до нуля и блок 36 формирует короткий импульс, который через провод 37 подается на двухвходовой блок управления

29, блок размыкает ключ 30 (так как второй ключ 38 еще не был замкнут и на двоичный счетчик 39 не было подано питание, то они не претерпевают изменений) . После того как ключ 30 разомкнулся, снимают питание со всей аппаратуры, кроме реле времени 28, электронного реле 40 и блока управления 29.

Так заканчивается первый цикл измерения и регистрации. Второй цикл начнется

З0

40 после того, как реле времени 28 пропустит очередной импульс. Шаги квантования выбираются продолжительностью 15, 30, 60 и

120 с. Процесс измерения в среднем занимает 5 с. Остальное время аппаратура отключена от источника питания. Перед очередным циклом измерения аппаратура занимает исходное состояние, как и до первого цикла, и движок 17 установлен между клеммами 18 и 19.

Рассмотрим процесс измерения тех параметров, которые могут быть измерены лри остановках бурения.

Обычно кривизна измеряется через каждые 25 м по стволу скважины, реже через

10 м. Длина одной бурильной трубы примерно 10 м. Следовательно, кривизну можно измерять в моменты нала щивания колонны труб. В этот период прокачка промывочной. жидкости прекращается. После прекращения прокачки размыкаются контакты 31 и 33 и замыкаются контакты 31 и 32. Так как ключ 41 включен параллельно контактам 31 и 33, то при размыкании контактов 31 и 33 даже во время цикла измерения процесс измерения не прекращается до его завершения.

Однако схемой предусмотрено, что после размыкания контактов 31 и 33 должно пройти еще несколько циклов измерения, пока аппаратура полностью не будет отключена от источника питания. Это необходимо для того, чтобы система измерения кривизны успела успокоиться после вибрации и чтобы проконтролировать правильность измерения, т. е. сразу после прекращения прокачки промывочной жидкости первое измерение кривизны может быть неточным из-за остаточных колебаний бурильного инструмента.

Второе и третье измерения будут точными.

Под счет числа измерений и затем отключение аппаратуры после выполнения запланированного числа измерений выполняет двоичный счетчик 39 и электронное реле 40.

Рассмотрим случай, когда прокачка промывочной жидкости прекратилась во время цикла измерения. Тогда разомкнутся контакты 31 и 33 и замкнутся контакты 31 и

32. Ключ 41 пока не разрывает цепи питания. После завершения цикла аппаратура. обесточивается до прихода очередного импульса от реле времени 28. После появления очередного импульса от реле времени

28 импульс подается на первый вход блока управления 29 и он включает ключи 30 и 38. Теперь на все измерительные каналы подано питание (ключ 38 через контакты 32 и 31 соединен с источником питания),и начинается измерение и регистрация по всем каналам (включая второй канал) . Процессы измерения и регистрации такие же, как и описанные;

После окончания первого после остановки бурения цикла на второй вход бло661482

Предлагаемый прибор при использовании магнитной ленты шириной 12,7 мм и магнитных головок типа РЫЗ-253041 может быть рассчитан на регистрацию 12 параметров. При этом исключается выделение дорожек на запись масштабной метки, реперной метки и метки начала цикла, так как а) реперной меткой будет служить запись кривизны, ибо кривизна регистрируется только при остановках бурения (в приборе-прототипе АПК-1 реперная метка записывается при прекращении прокачки промывочной жидкости); б) на магнитной ленте длиной 25 мм может быть записано 1000 импульсов, что обеспечивает динамический диапазон 1000 (в

АПК-1 максимальное значение параметра записывается на ленте длиной 90 мм в одном из двух автоматически выбираемых мас50

55 ка управления 29 подается импульс от блока 36 формирования импульса конца цикла и блок 29 размыкает ключи 30 и 38. Кроме того, импульс от блока управления 29 будет подан на вход счетчика 39, который отсчитает одиН цикл измерения после ос- 5 тановки бурения. Втопой цикл измерения после остановки бурения начнется, когда реле времени выдаст очередной импульс.

Снова будут включены ключи 30 и 38 и на всю аппаратуру подано питающее напряжение и будет проведен второй цикл измерения. После окончания второго цикла измерения на второй вход блока управления 29 подается импульс от блока 36 и блок 29 размыкает ключи 30 и 38, счетчик

39 отсчитывает второй цикл. После проведения запланированного количества измерений во время остановки бурения (возможно, два, три или больше циклов) при сходе движка 17 с клеммы 19 очередной импульс с блока 36 воздействует на блок управления 29 и импульс с последнего разомкнет ключи 30 и 38. Счетчик 39 отсчитывает еще цикл измерения и выдаст импульс, переводящий электронное реле 40 в положение, при котором разомкнется ключ 41. Размыкание ключей 30, 38 и 41 приведет к тому, что вся аппаратура окажется отключенной от источника питания 27. После этого для нового подключения аппаратуры к источнику питания необходимо замыкание контактов 31 и 33 датчика включения, т. е. необходимо возобновление прокачки промывочной жидкости. Это произойдет после того, как будет наращен бурильный инструмент и начнется бурение.

Таким образом, предлагаемый автономный прибор позволяет точно измерять все параметры, которые измеряются одновременно с бурением скважины, а также ряд параметров при остановках бурения без подъема бурильного инструмента, обеспечивая экономический расход электроэнергии и носителя записи. 40 штабов, относящихся как 1:5, при динамическом диапазоне каждого масштаба 200; для различения масштаба на одной из дорожек ставится метка — признак второго масштаба); в) запись всех каналов ведется параллельно и отпадает йеобходимость фиксации начала цикла, каналы же выделяются положением дорожки (в прототипе при записи первого параметра на отдельной дорожке проставляется метка начала цикла).

Следовательно, предлагаемый многоканальный автономный прибор для каротажа скважин в процессе бурения обладает очевидными техническими преимуществами.

Экономическая эффективность каротажа возрастает, так как увеличивается число измеряемых параметров и в связи с этим сокращается объем исследования скважин обычными каротажными станциями. Расчет экономического эффекта прототипа — АПК1, обеспечивающего регистрацию двух параметров, показал, что внедрения этого прибора только на нефтегазоносных площадях

Азербайджана дает экономию более 250 тыс. руб. Следовательно, широкое внедрение предлагаемого прибора, позволяеющего измерить

12 параметров, существенно увеличит эту цифру.

Формула изобретения

1. Многоканальный автономный прибор для каротажа скважин в процессе бурения, состоящий из многоэлектродного зонда с токовыми и измерительными электродами, датчиков с цепями питания и выходами, нескольких измерительных каналов, каждый из которых содержит измерительную компенсационную схему и релейную схему с ключом в каждом канале, генератора по выходной цепи, соединенного через шунт с токовыми электродами зонда, блока формирования компенсирующего и опорного напряжений, многодорожечного магнитного регистратора с одной многоканальной магнитной стирающей головкой и двигателем, источника питания и схемы управления, содержащей реле времени, ключ в цепи одной группы измерительных каналов и датчик включения с одним перекидным контактом, отличающийся тем, что, с целью расширения комплекса измерения и повышения точности регистрации параметров, последовательно с первым шунтом в выходной цепи генератора включен второй шунт и к нему подключены цепи питания датчиков, в схему управления введены блоки формирования импульсов конца стирания и конца каждого цикла измерения, двухвходовой блок управления, второй ключ, двоичный счетчик и электронное реле с ключом, который соединен парал661482

Составитель Э. Терехова

Редактор Т. Орловская Техред О. Луговая Корректор М. Пожо

Заказ 2462/48 Тираж 696 Подписное

ЦН И И П И, Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1! 3035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4 лельно нормально открытой части перекидного контакта датчика включения, при этом в магнитном регистраторе применена магнитная лента с заранее записанными на каждой дорожке непрерывными импульсами или гармоническими сигналами, а в цепь питания приводного двигателя введен блок задержки.

2. Прибор по и. 1, отличающийся тем, что блоки формирования импульсов конца стирания и конца каждого цикла измерения по входу соединены с блоком формирования компенсирующего и опорного напряжений и по выходу соответствейно со вторыми входами релейных схем и вторым входом двухвходового блока управления, двухвходовой блок управления по первому входу соединен с реле, времени и по выходу с цепями управления второго ключа, ключа в цепи питания одной группы измерительных каналов и остальной аппаратуры и входном двоичного счетчика, выход двоичного счетчика соединен с электронным реле, а цепь питания его соединена с цепью питания другой группы измерительных каналов и выходом второго ключа, вход второго ключа соединен с неподвижным контактом нормально закрытой части перекидного контакта датчика включения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР № 226533, кл. Е 21 В 47/00, 1967.

2. Авторское свидетельство СССР № 269093, кл. Е 21 В 47/00, 1967.

3. «Геофизическая аппаратура» (сборник), № 44. Л., «Недра», 1970. с. 102 — 107.